王麗萍，胥 義*，鐘彥騫，沈 超，李保國

(上海理工大學食品質量與安全研究所, 上海 200093)

冷凍干燥免泡大豆的開發(fā)

王麗萍，胥 義*，鐘彥騫，沈 超，李保國

(上海理工大學食品質量與安全研究所, 上海 200093)

采用真空冷凍干燥技術，對充分浸泡的大豆進行凍干，制得復水性較好的免泡豆半成品。以感官評定、CT掃描內部結構圖及營養(yǎng)檢測為評定依據(jù)，著重探討工藝參數(shù)(浸泡時間、預凍溫度、一次干燥溫度)對凍干速率和凍干成品品質的影響。結果表明，浸泡時間18h、預凍溫度－90℃、一次干燥溫度－20℃的條件下，成品的品質和外觀較優(yōu)。

免泡大豆；真空冷凍干燥；凍干曲線

大豆是我國的傳統(tǒng)飲食之一，因其含豐富的植物蛋白和不飽和脂肪酸，且必需氨基酸結構品質優(yōu)良，同時還含有大豆多肽、大豆磷脂、大豆異黃酮等保健成分[1-4]，越來越受人們的親睞。大豆的營養(yǎng)價值與其加工程度呈正比[5]，例如，炒豆的蛋白質消化率為60%、煮熟整豆為68%，而熟豆?jié){為90%。然而，傳統(tǒng)的制漿工藝耗時較長，一般在磨制豆?jié){之前一定要把大豆浸泡6～10h，這就為喝新鮮豆?jié){帶來了很大的不便。

近年來，快速制漿的豆?jié){機[6-7]使打漿時間縮短，但有營養(yǎng)專家[8]指出大豆不經(jīng)浸泡其細胞壁不易破壞，其營養(yǎng)不能完全釋放，蛋白質、脂肪等不易于吸收，且有礙鈣吸收的植酸不能除去。此外免泡豆?jié){機還會產(chǎn)生嚴重的噪聲污染。由此看來，要解決好耗時長但又要完好地保存大豆本身營養(yǎng)價值的矛盾問題，關鍵還是在半成品大豆的研發(fā)上做深入探討。隨著社會節(jié)奏的加快和人們對生活質量要求的提高，安全快速的食品半成品產(chǎn)品成已為人們競相追逐的熱點。目前國內外關于快速制豆?jié){的研究主要是集中在豆?jié){機結構上[9]，而針對大豆半成品的研發(fā)還未見報道。

本實驗利用真空冷凍干燥技術能最大程度地保護產(chǎn)品質量的優(yōu)點[10]將充分泡發(fā)好大豆進行冷凍干燥，改變凍干工藝參數(shù)，并結合感官檢測、CT掃描內部結構檢測、復水性實驗及營養(yǎng)成分檢測等，確定最優(yōu)工藝參數(shù)，制得優(yōu)質的半成品。消費者只要在磨制前幾分鐘就可讓凍干大豆充分復水，這樣就可大大縮短的制漿時間。因此，本實驗可為的免泡大豆的開發(fā)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北大豆 上海市購；硫酸、鹽酸、乙醚、硫

酸銅、硫酸鉀、溴甲酚綠、甲基紅(均為分析純) 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Advatage2.0桌上型冷凍干燥機 美國VirTis公司；TRIVAC D8C真空泵 德國Leybld公司；PYRIS Diamoud差示量熱掃描儀(DSC) 美國Perkin Elmer公司；Skyscan 1074HR便攜式微型CT掃描儀 比利時Skyscan公司；MDF-382E(N)超低溫冰箱 日本Sanyo公司；HN-01凱氏蒸餾儀、HN-12A紅外消化爐 上海勇規(guī)分析儀器有限公司；SX2-4-40型箱式電阻爐、DHG-9203A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海華連醫(yī)療器械有限公司；MP500B電子天平 上海良平儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冷凍干燥免泡大豆工藝流程

原豆→分選→清洗→浸泡→預凍→升華干燥→解吸干燥→成品檢測

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 大豆預處理

選擇粒徑均勻、無損傷的大豆，以免顆粒粒徑大小不均影響大豆的浸泡效果及其在預凍、凍干過程中的熱傳導情況。本實驗在室溫(18℃±2℃)條件下純凈水浸泡12、18、26h，通過比較其在后期的凍干情況來確定其最適浸泡時間。

1.3.2.2 預凍

為了確定大豆的真空冷凍干燥工藝，首先應知道其結晶點(TE)溫度，大豆的品種、產(chǎn)地、預處理浸泡時間不同其共晶點溫度也略有差異。本實驗采用功率補償型差示掃描量熱儀(DSC)對不同浸泡時間處理的大豆進行共晶點檢測[11]，確定其共晶點為(－11.5±1)℃。在實際生產(chǎn)中，凍結溫度一般都要比共晶點溫度低10℃以上。本實驗設3個溫度－30、－45、－90℃進行凍結，比較其凍結后效果。并根據(jù)凍結溫度的確定凍結時間。

1.3.2.3 冷凍干燥

本實驗對免泡豆的一次干燥(升華干燥)過程設定了不同的冷凍干燥溫度，冷凍室內隔板溫度分別設置了－20℃和－27℃。因為大豆蛋白質含量較高，因此在二次干燥(解吸干燥)過程溫度設置為20℃，以免蛋白質變性造成營養(yǎng)損失。

1.3.2.4 品質檢測

外觀品質檢測：通過感官檢測，對免泡豆的外觀顏色及表皮是否發(fā)生皺縮等現(xiàn)象進行觀察；內部結構檢測[12]：通過便攜式微型CT掃描儀對其內部結構進行觀察；復水時間檢測[13]：以樣品復水重量不增加為復水完全；水分測定[14]：直接干燥法；灰分測定[14]：灼燒質量稱量法；脂肪的測定[14]：索氏提取法；蛋白質的測定[14]：凱氏定氮法。

1.4 試驗設計

從大豆浸泡時間、預凍溫度及一次干燥溫度等工藝參數(shù)對大豆凍干內部結構及品質影響進行研究，設計優(yōu)化試驗工藝參數(shù)如表1所示。

表1 試驗組介紹Table1 Design of experimental groups

以試驗組1未處理大豆為參照，通過試驗組2、3、4和5、6及7、8比較浸泡時間不同對凍干成品品質的影響，試驗組3、5、7和4、6、8及9、10比較預凍溫度對凍干成品品質的影響，試驗組5、9和7、10比較一次干燥溫度對凍干成品品質的影響。

2 結果與分析

2.1 浸泡時間對大豆結構及凍干時間的影響

圖1 不同浸泡時間的大豆CT掃描圖Fig.1 CT scanning imaging of soybean with different soaking time

從圖1可看出，圖1a為沒有經(jīng)浸泡的原豆內部結構圖，其結構較為致密。圖1b、1c、1d分別是經(jīng)過12、18、26h浸泡的大豆，其因吸水，內部結構變的疏松，且浸泡時間愈長，內部孔隙愈大。圖1e、1f、1g是對應浸泡時間凍干后樣品的掃描圖。從圖1b看出，經(jīng)過12h浸泡，其周邊組織已經(jīng)充分浸泡好，而中心仍有的組織沒有充分吸水，這在后期的凍干過程中，易造成凍干不完全的現(xiàn)象，如圖1e所示。而圖1c、1d

則顯示浸泡時間越長浸泡越充分，密度差越小，凍干后樣品孔隙越均勻如圖1f、1g所示。同時，浸泡時間短，大豆的細胞壁雖已完全浸泡充分，而內部組織細胞沒有浸泡完全，凍干后，樣品的豆皮和豆胚易發(fā)生分離現(xiàn)象。

表2 浸泡時間對凍干時間的影響Table2 Effect of soaking time on freeze-drying time of soybean

圖2 不同浸泡時間的凍干曲線Fig. 2 Freeze-drying curve of soybean with different soaking time

圖2 為預凍溫－30℃、一次干燥溫度－20℃、二次干燥溫度20℃，不同浸泡時間12、18、26h測量大豆中心溫度得到的凍干曲線。從圖2可以看出，浸泡12h的樣品，因吸水不充分，樣品密度差大，其中心較為致密，水分吸收不充分，阻礙了傳熱，故一次干燥時間比浸泡18h長，但因其浸泡時間短，總體含水量低于浸泡時間18h和26h的樣品，二次干燥時間較短。

2.2 預凍溫度對凍干大豆結構及凍干時間的影響

圖3 預凍溫度對凍干樣品影響的CT掃描圖Fig. 3 Effect of pre-freeze temperature on CT scanning picture of soybean

圖4 不同預凍溫度的凍干曲線Fig. 4 Freeze-drying curve of soybean with treatments at differential pre-freeze temperatures

由于大豆中心溫度一般和冷凍室溫度相差(10±2)℃，為了比較預凍溫度對大豆凍干效果的影響，本實驗擬設慢速(－30℃)、中速(－45℃)和快速(－90℃)凍結進行比較。考察預凍溫度對大豆凍干結構和時間的影響。圖3是相同浸泡時間(18h)、一次干燥溫度(－20℃)和二次干燥溫度(20℃)條件下，不同預凍溫度的凍干大豆樣品掃描圖?？梢钥闯觯A凍溫度對大豆內部結構有較大的影響。慢速凍結(－30℃)，水分凍結速度較慢，成核數(shù)量少，水分易發(fā)生遷移，形成大冰晶，使其中心結構不能很好的保持原有的孔隙，在復水時，需要較長時間，且復水不充分?？焖賰鼋Y使其內部水分迅速凍結，周圍水分不易遷移，較容易形成均勻成核。大豆內部結構冰晶分布均勻，有利于其形態(tài)的保持，復水快速且充分。從樣品外觀上觀察，預凍溫度越低其外觀越好，發(fā)生質壁分離和出現(xiàn)裂紋的情況越少。但預凍溫度低，凍干耗時長，如圖4所示的凍干曲線，預凍溫度－30℃凍干過程需要32h，－45℃需要34h，－90℃則需要37h。

2.3 一次干燥溫度對凍干大豆結構及凍干時間的影響

圖5為相同浸泡時間(18h)，預凍溫度(－90℃)和二次干燥溫度(20℃)條件下，不同升華干燥溫度對于凍干的影響。在冷凍干燥過程中，相同條件下一次干燥溫度越低，一次干燥過程中大豆中心溫度越低，其升華干燥所需時間越長。但其內部結構和外觀相差不多，且一次冷凍干燥－20℃比－27℃節(jié)省5h如圖6所示，因此一次冷凍干燥－20℃可以節(jié)省能源，又能達到較好的凍干效果。

圖5 一次干燥溫度對樣品凍干溫度的CT掃描圖Fig. 5 Effect of primary drying temperature on CT scanning picture of soybean

圖6 不同一次干燥溫度的凍干曲線Fig. 6 Freeze-drying curve of soybean with treatments at different primary drying temperatures

2.4 凍干工藝對大豆品質的影響

2.4.1 凍干大豆復水時間的成品復水性實驗

表3 凍干大豆復水時間Table3 Rehydration time of freeze-drying soybean

復水性好是冷凍干燥方法制成品的優(yōu)點之一，本試驗通過凍干方法，得到復水性佳的大豆，以縮短傳統(tǒng)制豆?jié){工藝的時間，達到免泡效果。如表3所示各試驗組具體復水時間，可以看出，在相同一次干燥溫度－20℃條件下，浸泡12h，預凍溫度－30℃下2號組復水時間較長，17min才能復水，而浸泡26h，預凍90℃的8號組僅需11min就能達到良好的復水效果。結合圖1和圖2的CT掃描圖也可以看出，浸泡時間長，樣品孔隙大，密度差??；預凍速度快，冰晶成核均勻，干燥后有利于保持良好的空隙，因此復水時間短。

2.4.2 凍干成品營養(yǎng)成分分析

圖7 凍干大豆的營養(yǎng)成分分析圖Fig. 7 Composition analysis of soaking-exempt soybean under different freeze-drying conditions

圖7 中試驗組分別對應著表1中的試驗組，如圖7所示，凍干后水分含量基本在6%的樣品的營養(yǎng)成分。不同凍干工藝參數(shù)對凍干大豆樣品蛋白質和脂肪含量的影響較大，而對灰分含量的影響較小：1)浸泡時間對蛋白質的影響較大，浸泡時間長，蛋白質損失多，而浸泡時間對脂肪含量的影響較小，從圖7可以看出，2、3、4號分別浸泡12、18、26h，蛋白質含量由未處理大豆的37.6%分別降低到33.2%、32.6%、30.78%，而脂肪含量基本不變，分別為18.63%、18.58%、18.79%；2)預凍溫度越低脂肪含量隨著降低，見4、6、8號組分別為18.79%、17.62%、17.01%，但損失較小，但對蛋白質的影響沒有規(guī)律；3)一次干燥溫度降低，蛋白質和脂肪都有所降低，如5和9號組，蛋白質分別30.02%和28.9%，脂肪含量分別為17.63%和16.78%。經(jīng)過凍干處理的大豆灰分的含量一般都6%左右。

3 結 論

3.1 本實驗采用DSC測量泡發(fā)大豆的共晶點，此方法測量精度高，方便快速，為凍干工藝參數(shù)的確定提供了重要依據(jù)。

3.2 大豆浸泡時間越長，其內部水分分布越均勻，傳統(tǒng)的浸泡10～12h，適合新鮮打漿，而不適合凍干，因為在此條件下，大豆中心部分沒有完全泡發(fā)完全，在后期凍干過程中會出現(xiàn)不完全凍干現(xiàn)象。

3.3 預凍溫度對凍干過程的影響較為顯著，快速凍結易形成均勻成核，晶核較少，干燥效果總體上優(yōu)于慢速凍結。一次干燥溫度對產(chǎn)品品質影響較小，從節(jié)能方面考慮選擇較高的一次凍干溫度。

3.4 在本實驗條件下，大豆的最佳凍干工藝條件是浸泡18h、預凍－90℃、一次干燥溫度－20℃、二次干燥溫度20℃、復水12min即能打出美味鮮豆?jié){。

3.5 本實驗研究了凍干工藝參數(shù)對大豆凍干過程的影響，為實際生產(chǎn)提供了參考。要投入標準化、工業(yè)化企業(yè)生產(chǎn)還待進一步的實驗研究，確定更為優(yōu)化的工藝參數(shù)。

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Development of Soaking-exempt Soybean by Freeze Drying

WANG Li-ping，XU Yi*，ZHONG Yan-qian，SHEN Chao，LI Bao-guo
(Institute of Food Quality and Safety, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

To prepare soaking-exempt soybean with better rehydration property, vacuum freeze-drying technology was used to dry fully soaked soybean. Sensory evaluation, CT scanning of internal structure and nutrition determination were also utilized to explore the effects of processing parameters including soaking time, pre-freezing temperature and primary drying temperature on freeze-drying rate and freeze-dried product quality. Results indicated that the optimal processing parameters were soaking time of 18 h, pre-freezing temperature of－90 ℃ and primary drying temperature of －20 ℃, which could provide vacuum freezedried soybean products with high quality. This study can offer a theoretical reference for depth development of soaking-exempt soybean.

soaking-exempt soybean；vacuum freeze drying；freeze-drying curve

TS214.2

B

1002-6630(2010)22-0521-04

2010-06-30

國家自然科學基金項目(50906056)；上海市科委啟明星計劃項目(08QA14052)；上海市教委創(chuàng)新項目(11YZ11)

王麗萍(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為食品質量與安全。E-mail：liping_arq2000@126.com

*通信作者：胥義(1975—)，男，副教授，博士，研究方向為食品質量與安全。E-mail：xu_hongyi@263.net